Происхождение Вселенной - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Баттерсби cтр.№ 18

Cтраница 18

На больших масштабах космос должен казаться однородным, но он таковым не является. «Окна» в другие измерения могли бы объяснить наличие таинственных объектов размерами в миллиарды световых лет.

По мере того, как наши наблюдения космоса становятся все более и более четкими, астрономы начинают выделять структуры все бо́льших и бо́льших размеров. К ним относятся:

• гигантская дыра в космической паутине галактик;

• громадная группа квазаров размером в миллиарды световых лет;

• кольцо взрывов, охватывающее значительную часть видимой Вселенной.

Поскольку эти мегаструктуры нарушают устоявшийся порядок вещей в космологии, один исследователь предположил, что это всего лишь иллюзии, спроецированные из другого измерения: первое соблазнительное доказательство иной реальности, существующей за пределами нашей собственной.

С тех пор как Коперник предположил, что место Земли среди звезд не отличается ничем особенным, астрономы взяли на вооружение эту идею. Эта идея выросла до космологического принципа: ни одно место во Вселенной не является уникальным. Конечно, есть признаки индивидуальности на уровне галактик, скоплений и даже сверхскоплений галактик; но стоит взглянуть еще дальше, и перед нами предстанет Вселенная в своем сером однообразии.

Космологический принцип – это всего лишь предположение, но в целом он, кажется, соблюдается. Последние данные показывают, что космологический принцип применим на масштабах примерно миллиарда световых лет, при этом среднее количество вещества в любом данном объеме более или менее одинаково – но не везде. Возьмем эту гигантскую дыру во Вселенной: пустота размером почти 2 миллиарда световых лет. Андраш Ковач – соавтор открытия из Института физики высоких энергий в Барселоне (Испания) – отмечает, что в этой области неба на 10 000 галактик меньше по сравнению со средней их величиной во Вселенной. Огромная «заплата» из пустоты, подобно нарыву на пальце, лежит в той же части Вселенной, где находится реликтовое холодное пятно, вдвое увеличивая общую площадь аномалии. Ковач с коллегами назвали эту обширную пустоту сверхпустотой, или «супервойд» (supervoid). Они полагают, что наличие еще одной подобной структуры могло бы объяснить загадочную колоссальную аномалию в виде гигантского холодного пятна в космическом микроволновом фоне, которое озадачивает астрономов уже более десяти лет.

Новорожденная Вселенная

Наши цветные карты КМФ испещрены красными и голубыми крапинками, представляющими собой области новорожденной Вселенной, чуть более горячие или холодные по сравнению со средней температурой. В 2004 году спутник WMAP зарегистрировал холодное пятно, значительно превосходящее по размерам другие; затем его же наблюдал спутник «Планк». Если сверхпустота находится в этом же направлении, это означает, что фотоны КМФ, родившиеся за ней в более далеких областях Вселенной, должны были через нее пройти. Благодаря ускоренному расширению Вселенной фотоны, выходящие из зоны-пустоши, встречают на своем пути менее плотную материю, чем та, через которую они пролетали, приближаясь к ней. Это приводит к падению гравитационного потенциала и, в конечном счете, – к падению энергии фотонов, которые эффективно охлаждаются.

Но сверхпустота – это еще не все. В 2012 году группа ученых из Университета Центрального Ланкашира в Великобритании под руководством Роджера Клоуса объявила об открытии огромной структуры, растянувшейся более чем на 4 миллиарда световых лет, что более чем в 2 раза превышает размеры сверхпустоты. На этот раз это была не «заплата» из пустоты, а перезаполненная область пространства. Известная как Большая группа квазаров, она содержит 73 квазара, ярких активных центральных областей галактик. С начала 1980-х годов астрономы знают, что квазары имеют тенденцию «кучковаться» вместе, но никогда ранее не удавалось обнаружить подобную группировку на таком большом масштабе.

Затем в 2015 году группа венгерских астрономов открыла колоссальную группу гамма-всплесков – краткосрочных высокоэнергетических вспышек, исходящих из далеких галактик. Эти гамма-всплески формируют огромное кольцо размером в 5,6 миллиарда световых лет, т. е. 6 % размера всей видимой Вселенной.

Такие откровенные нарушения космологического принципа заставляют астрономов чувствовать себя весьма дискомфортно. Но все эти феномены могут оказаться ошибочными. Например, в 2013 году появилось исследование, расчеты которого показывают, что существует довольно большая вероятность того, что это только видимая структура внутри совершенно случайного распределения квазаров. Однако группа Клоуса с этим выводом не согласна.

Райнер Дик, физик-теоретик из Университета Саскачевана в Канаде, считает, что попытки игнорировать такие космические мегаструктуры бесперспективны. Он говорит, что мы должны принять эти мегаструктуры в свои распростертые объятия как лучшее подтверждение жизнеспособности космологического принципа. Все, что от нас требуется, это признать, что они в реальности не существуют, а являются первым свидетельством проникновения других измерений в наше собственное, оставляющего за собой «грязные» следы на нашем гладком и однородном космическом фоне.

Это предположение представляется дерзким, но оно построено на твердом фундаменте теоретических исследований. В самом понятии о других измерениях нет ничего нового. Уже несколько десятков лет многие теоретики рассматривают возможность существования дополнительных измерений как нашу лучшую надежду на примирение общей теории относительности Эйнштейна с другим бастионом физики XX века – квантовой теорией. «Брак» между двумя такими, с первого взгляда несопоставимыми, концепциями, одна из которых оперирует с очень большим, а другая – с очень малым, увенчается созданием теории всего, единой концепции, способной описать Вселенную во всей ее полноте.

М-теория

Одним из популярных кандидатов на роль этой единой концепции является М-теория, развивающая теорию струн и предполагающая, что мы живем в 11-мерной вселенной, в которой остальные 7 измерений скручены так туго, что выпадают из поля зрения. Это элегантная и математически привлекательная теория с одним большим недостатком: отсутствуют четкие предсказания, которые можно было бы проверить, чтобы ее подтвердить. Работа Дика по обобщению теории струн, известная как теория бран, могла бы дать такое предсказание и в то же самое время разрешить дилемму космологического принципа. В теории бран наша Вселенная представляет собой четырехмерную мембрану, плавающую в море подобных же бран, проникающих во множество дополнительных измерений. Теория предполагает, что мы можем даже ощутить влияние соседней браны, накладывающейся на нашу.